Межклеточный перенос митохондрий и транс-митофагия в ответ на нарушения импорта белков.

Аденокарцинома поджелудочной железы (ПДЖ) является одним из самых агрессивных злокачественных новообразований у человека и имеет крайне неблагоприятный прогноз. Ее прогрессирование в значительной степени обусловлено крайне сложным и иммунодепрессивным микротройным окружением (МТО), что подчеркивает срочную необходимость в более глубоком понимании ее молекулярных механизмов. Недавние достижения в области секвенирования РНК на уровне единой клетки (scRNA-seq) и пространственной транскриптомики (ST) предоставили беспрецедентные возможности для анализа клеточной гетерогенности, пространственной организации и динамики экспрессии генов в рамках МТО. В этом обзоре мы суммируем основные технологии scRNA-seq и ST, а также их уникальные преимущества в исследовании рака, и подчеркиваем их интегрированные применения в раскрытии гетерогенности ПДЖ, взаимодействиях стромы и иммунной системы, а также механизмах терапевтической устойчивости. Мы также обсуждаем, как эти подходы могут способствовать открытию биомаркеров и направлять разработку новых терапевтических стратегий. В целом, эти результаты предполагают, что интегрированная единоклеточная и пространственная транскриптомика имеет трансформирующий потенциал для развития прецизионной онкологии и улучшения результатов лечения пациентов с раком поджелудочной железы.

Транскутанная электрическая стимуляция шеи (ТЭСШ) предлагает неинвазивный подход для модуляции автономной нервной системы (АНС), однако оптимальные параметры стимуляции остаются не определенными. Целью этого пилотного исследования было определить оптимальные параметры ТЭСШ, оценив автономные и нейронные реакции при различных частотах, силах тока, монтажах электродов и продолжительностях, используя вариабельность сердечного ритма (ВСР) и мощность альфа-диапазона электроэнцефалографии (ЭЭГ) в качестве биомаркеров парасимпатической активности. Двадцать здоровых мужчин и женщин прошли четыре сессии тестирования, каждая из которых изучала один параметр стимуляции. Были собраны данные об автономии, включая электрокардиографию, неинвазивное измерение артериального давления, пупиллометрию, фотоплетизмографию и ЭЭГ с сухими электродами. Были протестированы четыре частоты (10, 25, 40, 150 Гц), три силы тока (порог ощущений, порог ощущений, выше порога ощущений), три монтажа электродов (двусторонний, только слева, только справа) и две продолжительности (4, 20 мин). Основными результатами стали среднеквадратичное значение последовательных различий (RMSSD) и глобальная мощность альфа-диапазона ЭЭГ. Параметры были последовательно оптимизированы в ходе визитов на основе индивидуальных ответов RMSSD. Ни одна частота не продемонстрировала значительно более высокий ответ RMSSD или мощности альфа-диапазона. Однако каждый участник продемонстрировал персонализированную предпочтительную частоту, что привело к в среднем 41% увеличению RMSSD на первом визите. Эта индивидуальная частота была выбрана для дальнейших визитов с изменением силы тока и монтажа электродов. Сила тока выше порога ощущений была наиболее эффективной, 60% участников показали наибольшую реакцию на этом уровне. Стимуляция с левой стороны привела к снижению как RMSSD, так и мощности альфа-диапазона, в то время как правосторонние и двусторонние монтажи продемонстрировали схожие увеличения этих биомаркеров. Из-за снижения вагусной реакции сердца в последующих сессиях предпочтительная частота была переоценена перед тестированием продолжительности. Средний ответ RMSSD увеличился на 54% после переоценки на четвертом визите, хотя предпочтительная частота изменилась у 75% участников. Автономные показатели не демонстрировали значительного модулирования при более длительном времени стимуляции; вариабельность пульса во время 20-минутной стимуляции показала осцилляционную динамику автономной нервной системы с пиковыми парасимпатическими ответами, возникающими примерно через 4 минуты. ТЭСШ может модулировать сердечные вагусные и кортикальные реакции, измеряемые RMSSD и мощностью альфа-диапазона ЭЭГ соответственно, и персонализированный, основанный на биомаркерах подход к оптимизации параметров ТЭСШ важен для будущих клинических приложений, нацеленных на дисфункцию автономной нервной системы. Это исследование зарегистрировано в Clinicaltrials.gov, идентификатор NCT04100486, 16 сентября 2019 года.

Панкреатический протоковый аденокарцином (PDAC) характеризуется значительной молекулярной и микросредовой неоднородностью, однако остается плохо понятным, как состояния опухолевой линии взаимодействуют с пространственной иммунной организацией при прогрессирующей болезни. В данном исследовании мы провели многослойное пространственное протеомное профилирование с использованием циклической иммунофлуоресценции тканей (t-CyCIF) на образцах 27 пациентов с прогрессирующим PDAC и интегрировали эти анализы с пространственным транскриптомным профилированием представительных опухолей. Опухоли были классифицированы на классические, гибридные, базальные и нулевые эпителиальные состояния на основе экспрессии GATA6 и CK5, что выявило различные иммунные архитектуры, ассоциированные с клиническим исходом. Классические и гибридные опухоли демонстрировали воспаленные микроокружения, обогащенные лимфоцитами, тогда как базальные и нулевые опухоли отличались иммунным исключением и ландшафтами, доминирующими макрофагами, характеризующимися увеличением M2 макрофагов. Пространственный транскриптомный анализ также выявил, что гибридные опухоли не являются однородными промежуточными состояниями, а вместо этого содержат пространственно сегрегированные участки Hybrid_Classical и Hybrid_Basal с различными транскрипционными программами, иммунными нишами и сетями клеточной коммуникации. Участки Hybrid_Basal были связаны с увеличением обогащения макрофагами M2 и предпочтительной активацией сигнального пути SPP1-CD44, что указывает на локализованные имMemo-эпителиальные взаимодействия в эпителиальной пластичности и переходах состояния линии. Чтобы количественно оценить пространственную организацию иммунной системы, мы разработали пространственный имунный балл, который фиксирует относительное положение циотоксических Т-клеток CD8 по отношению к вспомогательным Т-клеткам CD4 и макрофагам M2 CD163. Более высокие баллы были связаны с худшей выживаемостью и предоставили более сильную прогностическую информацию, чем традиционные метрики обилия иммунных клеток. Интеграция пространственного иммунного балла с экспрессией GATA6 достигла лучшей прогностической дискриминации (AUC = 0.822) по сравнению с любой отдельной характеристикой. В совокупности, данные показывают, что состояние линии опухоли и пространственная иммунная организация представляют собой дополнительные аспекты биологии PDAC, подчеркивая пространственные опухолево-иммунные взаимодействия в качестве определяющих факторов клинического исхода при прогрессирующем раке поджелудочной железы.

Реакционно-диффузионные системы могут создавать пространственные шаблоны, такие как полосы и пятна, благодаря нестабильности, вызванной диффузией. Управление этими шаблонами от одной конфигурации к другой можно сформулировать как задачу оптимального управления. Когда управление осуществляется на всей пространственной области, условия существования и оптимальности хорошо изучены. Тем не менее, на практике управление может действовать только на части области. Рассматривая реакционно-диффузионную систему Nodal-Lefty в качестве примера, мы анализируем ситуацию, когда управление ограничено подсистемой. Мы выводим явную верхнюю границу потерь оптимальности, определяемую как разница между оптимальной стоимостью подсистемы и полной оптимальной стоимостью. Исходя из этой границы, мы получаем явную формулу для минимального размера области управления, необходимого для достижения целевого шаблона с заданной точностью. Мы также рассматриваем случай, когда управление распределено по нескольким несоединенным регионам вместо одного, с той же общей площадью, и доказываем, что распределенная конфигурация дает более строгую границу при естественных условиях на пространственную структуру цели. Численные иллюстрации подтверждают теоретические результаты и показывают, что область управления, охватывающая примерно сорок процентов области, достаточна для изменения системы от полос к пятнам с высокой точностью.

Появляющиеся данные свидетельствуют о том, что желчные кислоты, традиционно признанные за их роль в пищеварении, также влияют на функции мозга и память. Данное исследование изучало влияние двух вторичных желчных кислот, полученных из микробиоты, дезоксихолевой кислоты (DCA) и гликодезоксихолевой кислоты (GDCA), на память у мышей и связанные молекулярные механизмы. Самцы и самки мышей ежедневно получали пероральное введение DCA, GDCA или контролируемого вещества, и оценивалась пространственная рабочая и референсная память (в тесте Y-лабиринте) и память на распознавание (в тесте на распознавание нового объекта). После тестирования оценивалось выражение генов и активность сигнальных путей в лобной коре и гиппокампе. Введение GDCA после 10 дней нарушало память на распознавание, в то время как прием DCA в течение 12 дней ухудшал пространственную референсную память. Ни одна из желчных кислот, вводившихся в течение 5 дней, не повлияла на пространственную рабочую память. GDCA снизила уровень мРНК субъединиц NMDA-рецепторов (GluN1, GluN2A) и мРНК фактора нейротрофического происхождения головного мозга (BDNF) и ослабила сигнальную активность CREB в лобной коре, что соответствует наблюдаемому дефициту памяти на распознавание. GDCA не изменяла количество транскриптов, кодирующих рецепторы желчных кислот (FXR или TGR5), или их соответствующий уровень белка. В отличие от этого, DCA модифицировала мРНК и белки FXR и TGR5 по регионально специфическому принципу и снижала сигнальную активность CREB в гиппокампе, вероятно, способствуя дефициту пространственной памяти. В лобной коре DCA увеличивала фосфорилирование GluA1 и снижала экспрессию IL-1β и IL-6, что могло помочь сохранить память на распознавание. Исследование метагеномики фекальных образцов не выявило значительных микробиологических отличий, хотя тонкие, незначительные функциональные изменения генов указывали на ранние адаптации. Эти данные показывают, что DCA и GDCA оказывают различные эффекты на когнитивные функции, специфичные к рецепторам и регионам, идентифицируя желчные кислоты как модификаторы коммуникации между микробиомом, кишечником и мозгом.

Представление пептидов, полученных от патогенов, классом I HLA, является необходимым условием для распознавания CD8+ T-клетками. Хотя уже документированы лиганды MHC, лигандом в ходе прогрессирования инфекции остается слабо охарактеризованным. В данной работе мы использовали основанный на МС подход к иммунопептидомике для прямого профилирования иммунопептидома, представленного HLA-A*02:01 у трансгенных мышей. Применяя иерархическую воронку открытий, наш анализ идентифицировал обширный репертуар из 3744 уникально полученных пептидов. Последующая фильтрация для канонических пептидов длиной 8-12 аминокислот, соответствующих типичной длине связывания для лигандов HLA-A*02:01, установила высоконадежный основополагающий лигандом из 3433 пептидов. Анализ исходных белков показал, что эти пептиды происходят из различных белков паразитов, включая значительную долю неохарактеризованных гипотетических белков. Примечательно, что специфические лиганды последовательно определялись как на острых, так и на хронических стадиях, что предполагает стабильное представление MHC-I на протяжении всего цикла инфекции. Интегрируя предсказания с экспериментальной валидацией, мы приоритизировали 73 кандидата с высокой аффинностью, пять из которых продемонстрировали устойчивую способность связываться с HLA-A*02:01. В частности, мы идентифицировали новый лиганд, полученный из гликогенсинтазы (PGS), и определили его структуру кристаллов с HLA-A*02:01, выявив благоприятную архитектуру связывания. В целом, эти результаты расширяют известный ландшафт лигандов, ограниченных HLA-A*02:01, и предоставляют список с высоким приоритетом для будущей функциональной валидации иммуногенности CD8+ T-клеток.